热式质量流量计测量电路设计罗晶，陈平（哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨150001）摘要:介绍了热式质量流量计的测量原理，根据热扩散原理，推导出钳电阻传感器测量参数与质量流量的关系表达式。提出了测量质量流量的两种方法:恒温差法（即加热电阻与被测流体温度差恒定）和恒流法（即加热电流恒定）。重点分析了恒温差法测量电路的主电桥和副电桥的工作原理，主电桥实现温差与加热电阻比值恒定，副电桥将测温电阻等比例放大,给出了桥式电路参数的选择方法。最后指出了热式质量流量计的特点和存在的不足，测量电路已经过实验验证。关键词:热式质量流量计;测量电路；热扩散理论中图分类号:TH814文献标识码:A文章编号：1002-1841（2004）10-0029-02MeasurementCircuitDesignofThermalMassFlowmeterLuoJing.ChenPing(HarbinInstituteofTechnology,Harbin,150001,China)Abstract:ThemeasurementprincipleofthemialmassfloyvmeterwasinUoduced.Accordingtothethermaldiffiisiontheory,therelatedexpressionaboulmeasureparanielerofplatinumresistancesensorandmassflowwasgiven.TwonielhodsofflowmcasurenicnlwerepullonvaivkIhemethodofconstantlemperalurcdin(^rcnce(lemperaturedifferencebetweenhealedresistanceandflowwasconstant)andthemethodofconstantcurrent(heatedcurrentwascoiis(an().Theprincilpleofthemainbridgeandtheancillarybridgeinthenieasiucnicntciiruitwereanalyzed.Theresistancewliichisusedtomeasuretheeiiviroiunenttemperatureismagnifiedpro|x>itionallybytheancillarybridge.Themethodofthepreferenceswasgiven.Allastthecharacteristicanddisadvantageofthemialmassllowmelerwerepoinled.Thismeasiuementcircuitwasvalidated・Q/^T=kA+k2（p以3式中:对于组分一定的流体“],他，居为常数。在横截面为S的管路中，质量流量qm=pVS.在实际测量过程中，测速钳电阻心被仪表输入的电流/加热，在热平衡状态下，电流的加热功率与加热电阻被流体带走的热量处于平衡状态，即有:Q=I2RH・因此质量流量知与Q/'T成一一对应的关系，可表示成旦ATI由此可以看岀，质量流量的测量方法有两种，一种方法为恒流式，即当加热电流/不变时，通过测出流休的温差忽略了/?||随温度的变化），计算流体的质量流量。另一种方法为恒温差式,表面上是保持收稿口期：2穷力缨碍收修改稿日期：2004-07-10加热釦电阻与测温钠电阻的温差'T不变，实际是通过一个桥式电路保持加热钳电阻和测温钳电阻的温差与加热钳电阻心的比值AT/RH不变,通过测量加热电流/来计算流体的质量流量。采用恒温差方式，利用桥式电路使厶丁/心为恒定，通过实验标定出质量流量7.n与加热电流I的关系曲线，通过测出的电流值/来计算流体的质量流量仆2测量电路总体设计测量电路的总体框图如图1所示，其中A/D转换器、查表计算和显示（或传输）由单片机实现。桥式电路实现了保持△77/?u为定值的冃的，当流休的质量流量发生变化时，电桥失去平衡，控制电路测量出不平衡电压,通过改变加热电流,使电桥垂新处于平衡状态，加热电流通过电流测量电路转化成电压信号,送入A/D转换器，转换后的数据经查表、计算，求出对应的质量流量，再显示（或传输）给其他设备。图I测虽:电路总体框图主要介绍测速桥式电路、PI控制电路和电流测量电路,具体电路如图2所示。3桥式电路设计桥式电路包括运算放大器01X）7-1x三极管9014、测温钳电阻心、测速钳电阻RH和精密电阻乩，伦,凡，他.测速钳电阻位于桥式电路的一們其KevWords；ThermalMassFlowmeter；MeasurementCircuit；TheimalDiHiisionTheory1测量原理■热式质量流量计是在测量管路中加入2个金属钳电阻，一个钳电阻加入较小的电流（电流在4mA以下,不会引起电阻发热），用于测量被测流体温度，称为测温电阻。一个钳电阻通入较大电流（电流一•般在50mA以上），用于测量被测流体的速度，称为测速电阻。根据热扩散原理，加热物体被流体带走的热量与加热物体与流体的温差、流体的流速以及流体的性质有关。若流体密度为°,流速为-加热物体被流体带走的热量为Q,加热物体与流体的温差为厶卩]则有关系式：7m=/(...